Fiche de révision : Atome et classification périodique

📋 Plan du Cours

1. Composition et représentation de l’atome
2. Nombres quantiques et orbitales
3. Remplissage des orbitales atomiques
4. Ions et états excités
5. Organisation de la classification périodique
6. Métaux et blocs électroniques
7. Grandes familles chimiques

📖 1. Composition et représentation de l’atome

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Constitué d’un noyau dense entouré d’électrons de charge électrique négative, qui occupent un volume beaucoup plus grand que le noyau.
• Nucléide : Un nucléide est représenté par $^{A}_{Z}X$, où A est le nombre de nucléons, Z le nombre de protons et d’électrons dans l’atome neutre, et N le nombre de neutrons vérifiant $A=Z+N$.

★ À maîtriser

📌 Un cation est un atome qui a perdu un ou plusieurs électrons, tandis qu’un anion est un atome qui en a gagné un ou plusieurs.

Compléments

• Le noyau contient des protons de charge $+1{,}6\times10^{-19}\ \mathrm{C}$ et des neutrons électriquement neutres, tandis que chaque électron porte la charge $-1{,}6\times10^{-19}\ \mathrm{C}$.

💡 Astuce mémo

Noyau massif et positif, électrons légers et négatifs

📖 2. Nombres quantiques et orbitales

🔑 Notions clés & Définitions

• Nombre quantique principal : Entier positif de 1 à 7 qui définit la couche électronique et permet d’accueillir au maximum $2n^2$ électrons.

★ À maîtriser

• Le nombre quantique secondaire l vérifie $0\leq l\leq n-1$ et associe l=0 à une sous-couche s, l=1 à p, l=2 à d et l=3 à f.

Compléments

• Le nombre quantique magnétique m_l vérifie $-l\leq m_l\leq +l$ et peut prendre $2l+1$ valeurs.

• Le nombre quantique de spin s ne peut prendre que les deux valeurs $+\frac{1}{2}$ et $-\frac{1}{2}$.

💡 Astuce mémo

n → l → mₗ → s

📖 3. Remplissage des orbitales atomiques

★ À maîtriser

• Le principe de stabilité impose qu’à l’état fondamental les électrons occupent d’abord les niveaux d’énergie les plus bas.

• La règle de Klechkowski ordonne le remplissage selon l’augmentation de n+l, ce qui conduit notamment à remplir 4s avant 3d.

• Le principe d’exclusion de Pauli interdit à deux électrons d’un même atome d’avoir les quatre mêmes nombres quantiques et limite à deux électrons opposés par orbitale.

• La règle de Hund impose que les électrons d’une même sous-couche occupent d’abord le maximum d’orbitales avec des spins parallèles avant de s’apparier.

Compléments

• Les éléments concernés sont:
  • le chrome
  • le cuivre
  • le molybdène
  • l’argent
  • l’or

💡 Astuce mémo

Stabilité → Klechkowski → Pauli → Hund

📖 4. Ions et états excités

★ À maîtriser

• Pour former un anion, l’atome complète sa dernière couche en gagnant un ou plusieurs électrons, tandis que pour former un cation il arrache les électrons de la couche ayant le nombre quantique principal le plus élevé.

• Dans un état quantique excité, un apport d’énergie fait passer un électron périphérique vers un niveau supérieur, puis la restitution d’énergie accompagne son retour à l’état fondamental.

Compléments

• Le fluor de configuration $1s^2 2s^2 2p^5$ devient l’ion fluorure $F^-$ de configuration $1s^2 2s^2 2p^6$, isoélectronique du néon.

• Le lithium de configuration $1s^2 2s^1$ devient $Li^+$ de configuration $1s^2$ en perdant l’électron de sa couche externe.

💡 Astuce mémo

Anion gagne des électrons, cation en perd

📖 5. Organisation de la classification périodique

★ À maîtriser

📌 Les éléments d’une même période possèdent la même valeur du nombre quantique principal n, tandis que ceux d’une même colonne ont une configuration électronique externe semblable et souvent des propriétés chimiques communes.

• La classification périodique comporte 7 périodes et 18 colonnes appelées familles.

Compléments

• Les éléments sont répartis en blocs s, d, p et f selon la sous-couche en cours de remplissage.

💡 Astuce mémo

Période = même n ; colonne = même configuration externe

📖 6. Métaux et blocs électroniques

★ À maîtriser

• Les métaux occupent les blocs s, d et f, sont généralement solides à 25 °C et conduisent bien la chaleur et l’électricité, à l’exception du mercure liquide.

Compléments

• Les semi-métaux, notamment le silicium et le germanium, ont un comportement de semi-conducteurs.

• Les non-métaux se trouvent principalement dans la seconde moitié du bloc p, sont solides ou gazeux à 25 °C sauf le brome, et sont généralement isolants électriques sauf le carbone graphite.

💡 Astuce mémo

s-d-p-f : les quatre blocs du remplissage

📖 7. Grandes familles chimiques

★ À maîtriser

• Les alcalins de configuration externe ns1 perdent facilement un électron pour former des ions M+, notamment Na+ et K+, dont les sels sont tous solubles en milieu aqueux.

• Les alcalino-terreux de configuration externe ns2 perdent facilement deux électrons pour former des ions M2+, notamment Ca2+.

• Les chalcogènes de configuration ns2np4 gagnent facilement deux électrons et forment notamment les ions oxyde O2− et sulfure S2−.

• Les halogènes de configuration ns2np5 gagnent facilement un électron pour former des ions halogénures X− et sont souvent associés aux métaux alcalins.

• Les gaz rares possèdent une couche électronique saturée de configuration ns2np6, sont peu réactifs et servent souvent à créer une atmosphère inerte.

Compléments

• L’azote moléculaire N2 constitue 75,5 % de l’air et devient liquide à −196 °C, ce qui permet notamment la conservation d’échantillons biologiques.

• La solubilité du dioxygène O2 dans l’eau est de 9,2 mg.L−1 à 20 °C et sous 1 atm.

💡 Astuce mémo

Alcalins → alcalino-terreux → chalcogènes → halogènes → gaz rares

📊 Tableaux de synthèse

Grandes familles chimiques